气象变化条件下引黄灌区真实耗水量响应机制及动态阈值研究

Meteorological conditions and net-irrigation-water-requirement of Yellow River irrigation area have a close relation, net-irrigation-water-requirement is not only an important part of authentic-water-consumption, and play a key role in determining the effective utilization coefficient of irrigation water. Response mechanisms of meteorological conditions change between net-irrigation-water-requirement and authentic-water-consumption have not yet been exploring clear so far. According to the previous research, there are four to five meteorological factors that affect relatively strong, have a stronger responding to net-irrigation-water-requirement with different time scales (year, month), different crops (corn, wheat, cotton). Therefore, the research intends to adopt data screening and wavelet analysis on the response mechanism, using water-flow-track method and comprehensive-complete-degree evaluation method to study quantitative calculation of authentic-water-consumption, and using methods of meteorological index coupling with net-irrigation-water-requirement, score of comprehensive-complete-degree evaluation coupling with irrigation water consumption to research dynamic threshold of authentic-water-consumption. The above research will clarify response mechanism between meteorological conditions change and authentic-water-consumption, and it will also effectively avoid weather changes on the adverse effects of irrigation area and potential risk, and provide technical and data support for irrigation area to implement“demand-decided mode, consumption-decided mode”management model, and lay a solid foundation to alleviate the contradiction between supply and demand of water resources, and to improve the utilization efficiency of water resources.

气象条件与引黄灌区净灌溉需水量之间有着密切联系，净灌溉需水量不仅是灌区真实耗水量的重要组成部分，而且在确定灌区灌溉水有效利用系数时起关键作用。目前，气象条件变化与净灌溉需水量、真实耗水量之间的作用机理还末探索清楚，前期研究发现有4-5个影响较强烈的气象因子，与不同时间尺度（年、月），不同作物（玉米、小麦、棉花）净灌溉需水量有着较强响应变化。因此拟采用数据筛分和小波分析对两者的响应机制进行研究；采用用水流向跟踪和灌区综合完备度评价的方法研究灌区真实耗水量的定量计算；采用气象指数与净灌溉需水量耦合、灌区综合完备度分值与非灌溉耗水量耦合的方法研究真实耗水量动态阈值预测。以上研究将阐明气象条件变化与灌区真实耗水量之间的响应机制，从而有效规避气象变化对灌区产生的不利影响和潜在风险，为灌区实施“以需定供，以耗定供”管理模式提供技术保障和数据支持，为减缓水资源供需矛盾、提高水资源利用效率奠定坚实基础。

气象条件与引黄灌区净灌溉需水量之间有着密切联系，净灌溉需水量不仅是灌区真实耗水量的重要组成部分，在确定灌溉水有效利用系数时起关键作用。本项目在理论层面，从全过程的角度阐明气象条件变化与净灌溉需水量之间的作用机理和响应机制；揭示引黄灌区净灌溉需水量、真实耗水量、实际引水量之间的变化规律和量化关系；确定合理可行的引黄灌区真实耗水量动态阈值预测和优化配置方法。技术层面，构建引黄灌区进行“以需定供、以耗定供”水资源管理的方法体系：①建立引黄灌区3种气象变化条件下，2种时间尺度（年、月），3种作物（玉米、小麦、棉花）净灌溉需水量计算模型；②用水流向跟踪法识别有效因子，基于相对差异度函数构建引黄灌区综合完备度的多层次半结构模糊可变评价模型；③构建引黄灌区真实耗水量动态阈值预测模型。根据引黄灌区冬小麦真实耗水量试验过程，6个测坑中T1的每方水产量最高为2.64kg/m3，每千克小麦耗水量最少为0.38m3/kg，在非需水关键期、需水关键期的灌水下限控制标准分别为55%和60%。P1测坑的全生育期灌水量为187.176mm，只有灌区冬小麦平均灌水量的41.3%。TI测坑的全生育的总灌水量为286.509mm，只有灌区平均灌水量的63.2%，节水效果显著，其亩产量为503.34kg，为河南省平均亩产量的118.8%。以三义寨引黄灌区2005年至2014年的数据为基础进行了计算，结果显示2005年至2007年灌区综合完备度为Ⅱ级，其他年份为Ⅲ级，2012年分值最高，为74.81分。以三义寨灌区1999年-2019年756组逐旬气象数据为基础，三义寨引黄灌区按气象指数正向和负向的微、弱、强变化的6种组合模式，结合种植结构和分区面积计算出当气象指数微变化时，动态灌溉需水量阈值为6.02-20.06亿m3，弱变化时阈值为2.24-33.52亿m3，强变化时阈值为0.14-47.13亿m3。通过构建引黄灌区气象变化指数，确定变化幅度和对应的分区、分旬灌溉需水量的阈值范围，对于3种作物给出每旬发生气象变化的强度及频率，从而为应对气象变化条件下引黄灌区的水量调度分配、防灾减灾等工作奠定了良好的基础，为灌溉的高质量发展提供技术支撑。